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로봇/보행형

last modified: 2015-02-18 10:06:08 by Contributors

  • 실제의 로봇에 대해서 적는 항목임.
  • 픽션상의 로봇에 대해서는 로봇보행병기참조.


(...)

로봇 중에서 인간이나 짐승처럼 다리로 걸어가는 종류이다.


Contents

1. 개요
2. 이족 보행
3. 다족 보행

1. 개요

자동차처럼 바퀴나 무한궤도로 이동하는 로봇에 비하면 지형을 덜 가리고, 험지라도 더 잘 이동할 수 있지만 상대적으로 만들기 힘들고, 운용/정비에도 애를 먹는다. 걸어갈 수 있게 다리를 움직이는 순서를 잘 조절해서 프로그래밍하는 것이 매우 힘들고, 관절의 움직임도 잘 조절할 수 있어야 하고, 관절 부품도 많이 들어가기에 자동차같은 바퀴를 달아서 움직이는 것에 비하면 매우 힘들다.

종류로는 다리가 하나인 일족로봇부터 4족 이상의 다족로봇까지 다양하다.
원리적으로는 일족로봇과 이족로봇은 완벽하게 동일하다. 일족 로봇은 지면에 발 하나만을 찍어 가며 균형을 잡는 것이고 (스카이 콩콩과 같다) 이족 로봇은 발 두개를 교대로 찍어 가며 균형을 잡는 것이다. 실제로 아래의 동영상을 보면 알 수 있다. 4족 로봇은 이족 로봇을 두개 묶으면 된다. (빅독의 보행 모습을 잘 보면 땅에 항상 발이 2개씩 닿는다는 것을 알 수 있다)

아래는 일족보행과 이족보행, 그리고 4족 보행로봇에 대한 실험.
이 동영상은 보행로봇의 선구자인 Mark Raibert가 MIT 교수 재직시절 연구하던 것이다.
지금은 빅독, PETMAN을 개발한 보스턴 다이나믹스 CEO을 하고 계시다.

2. 이족 보행

일단 인간이 이족 보행을 하는 만큼, 인간 형태를 만들기 위해서는 필수적으로 개발해야 하는 방식이다. 그러나 사실 이족보행은 끔찍하게 어려운 기술이다.[1] 비유하자면 대걸레를 손 위에 세워서 앞뒤로 규칙적으로 50센티 왕복하게 하는 것을 지속적으로 유지하는 것과 같다.[2]

단적인 예로, 태어나자마자 걸어다닐 수 있는 4족보행 짐승들과 달리 인간의 경우엔 아이들도 두 발로 걷는걸 처음에는 힘들어 하는 것만 봐도...[3] 하지만, 이족 보행은 순발력과 방향 전환 능력이 다족에 비해서 더 뛰어나고, 수평점유면적도 적을 뿐더러 다족보행중 가장 에너지 효율이 높다.

그리고 '인간 모양의 로봇을 만들겠어!'라는 많은 과학자의 꿈과 희망과 기대가 곁들어져서 아직도 많은 사람들이 제대로 된 이족 보행 로봇에 대한 기대를 저버리지 않고 있다. 창작물에 나오는 대다수의 거대로봇이 이족 보행을 하는 것도 이런 것 때문으로 추측된다.

하지만 만들려고 한다면 얼마든지 만든다. 어렵다고 했지 불가능하다곤 안했다.

위 동영상의 로봇은 미국의 Petman으로 인간과 흡사한 걸음걸이를 가진 발끝형 로봇이다. 인간처럼 걷는 발꿈치-발끝 보행 (Heel and toe walking)은 별도의 발가락 관절이 필요하고 안정화도 훨씬 어려운 방식이다. 상식적으로 접지면이 줄어들수록 안정화는 더 어려워지면 어려워지지 쉬워지지는 않는다. 반면 발바닥형 로봇은 말 그대로 발바닥만으로 걷는다. 시모휴보 같은 로봇을 말하며 이 쪽이 더 제작 난이도가 낮다. 참고로 Petman은 Bigdog 에서 파생된 화생방 보호의 실험로봇이라고 한다. 즉 저기가에 센서 달고 신형 화생방 보호의 입힌 뒤에 사람이 하는 동작을 똑같이 시켜본다는 것. 관련된 내용은 하단에.

현재 이족 로봇의 개발 상황은 다음과 같다.

  • 가격
    비싸다!
    50-60cm 크기의 작은 로봇은 보통 1-2천만원 정도,
    휴보시모 크기 (1.3m 이상)급의 큰 로봇은 2-3억원을 호가한다.
    물론 그걸 운용하느라 밤새는 공돌/순이들의 임금 따위는 포함되어 있지 않다.


  • 보행
    평지에서 이족보행하는 작은 로봇은 생각보다 쉽게 만들 수 있다. 제작비가 비싸서 그렇지 햣코처럼 여고생이 자작하는것도 가능은 하다. 물론 로봇이 커질수록, 발 크기가 작아질수록, 보폭이 커질수록, 노면이 거칠수록 난이도는 기하급수적으로 올라간다. 현재 최신 일본 로봇들의 보행 속도는 인간의 절반 수준 (2-3km/h) 물론 지면이 울퉁불퉁하거나 경사가 있다면 애로사항이 꽃핀다. 아시모도 계단에서 넘어지던데 안될꺼야 물론 PETMAN은 인간보다 빨리 걷지만 그놈은 반칙이니 논외.

  • 달리기
    달릴 수 있는 이족보행 로봇은 한손에 꼽을 정도이고, 그나마 발이 땅에서 떨어지는 게 거의 보이지 않을 정도로 인간의 달리기와는 아직 차이가 있다. 달리면서 장애물을 뛰어넘는건 4족보행 빅독에서나 가능한 일이고, 2족으로는 아직 아무도 구현한 사례가 없다. 최신 시모의 달리기 속도는 9km/h. 휴보는 그 1/3 정도.

  • 동력원
    아시모나 휴보 등 현존 로봇들은 내장 배터리로 1시간 정도는 동작한다. (에반게리온보다는 10배나 오래 간다) 하지만 그래봤자 활동 반경은 3km정도... 세그웨이의 1/10정도밖에 되지 않는다. 빅독같은 경우 군사용으로 40km정도의 행동반경을 요구받기에 배터리는 포기하고 아주 가솔린 엔진을 쓰고 있다. 초기형은 2행정을 사용해 소음이 컸지만, 최신형은 4행정으로 바뀌면서 소음이 꽤 줄어들었다. 빅독에 대한 것은 하단 참조.


그리고 펫맨은 점점 사람처럼 변하고 있다..


3. 다족 보행

현실적으로 보행형이라면 4족이나 6족 식이 대세이다. 6족 쪽이 더 안정성이 좋고 4족이 방향 전환이 더 잘 되는 점에서 차이가 있다. 6족보다 더 많은 다리를 달아도 6족에 비해서 딱히 좋은 점은 없다고 한다. 지네 모양 로봇은 별 효율이 없다는 것.

이 중에서 미국의 보스턴 다이나믹스에서 개발한 야전에서의 짐꾼용 4족 보행 로봇인 빅도그(BigDog)가 2012년에 실전 배치가 가능할 것으로 보인다. 길이가 1m정도 되며, 무게는 75kg. 154kg정도를 질 수 있다. 하지만 다족보행병기가 나오려면 아직 멀고도 험하다. 국내에서서도 견마형 로봇을 개발하는 것으로 추정된다.

소름끼칠정도로 자연스러운 동작으로 인터넷을 떠들썩하게 만들었던 보스턴 다이나믹스의 빅독 영상.[4]

빅독의 발전형으로 추정되는 LS3. 소음도 많이 줄어들었고 덩치도 좀 더 커졌다.

마찬가지로 보스턴 다이나믹스의 빅독의 발전형으로 와일드 캣이라 명명지은 로봇. 이제는 달린다.. .이쯤되면 점점 무서워 진다

2013년 한국생산기술연구원에서 공개한 견마형 로봇 '진풍' 시험영상

그리고 이거시 빅독을 업그레이드 한 세상에서 가장 인간다운 로봇 빅독 베타(...) 물론 믿으면 골룸

굴삭기 항목에 소개된 스파이더 굴삭기도 4족 보행로봇이다.

2012년 12월 4일에 도쿄전력은 후쿠시마 원전에 4족 보행로봇을 투입하기로 했다. 관련 링크


보스턴 다이내믹스의 2015년형 4족보행 로봇 Spot
가벼워지고 소음도 줄어들었다. 무게는 약 160 lbs

너무 진짜 개 같아서 로봇 개 학대 논란이 일고 있다(...)

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  • [1] 그러나 최근엔 센서 기술과 관련 프로그램이 많이 발전해서 학부생 수준에서 초보적인 이족보행 로봇을 만들 수 있긴 하다. 물론 시중에 나와있는 키트를 이용하는 수준에 불과하다.
  • [2] 실제로 이족보행은 수직으로 세운 장대를 균형잡는 수학적 모델을 기반으로 하고 있다. 일반적으로 리버스 펜듈럼이라고 한다.
  • [3] 단, 이 쪽은 인간이, 포유동물이 원래 모태에 있어야 하는 시간보다 더 빨리 모태에서 나오기 때문이란 점도 작용한다. 인간의 성장 곡선은 생후 1년에서부터 그리기 시작해야 다른 포유동물의 성장 곡선을 출생 직후에서 그린 것과 비슷하다고 한다.
  • [4] 덧 붙이면 맨 위에서 2번째 동영상의 Patman도 빅독처럼 발로 차면 스스로 제자리를 찾는다. 이 역시 왠지 징그럽다.
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